Пьезометрическое устройство Советский патент 1983 года по МПК G01L1/16 

I1 Изобретег{ие относится к токиике vi3MGpenHft меканических вепичин (сип, цавпений) с помощью пьезометрических устройств. Известно-пьезометрическое устройстБО, с.оцержащее электрометрический устшитепь постояйного тока и пьезомет рический датчик, включенный межцу вхо аом усипитепя и обшей яиной tlj Нецостаток известного устройства состоит в зависимости, резупьтатов измерения сип от параметров кабепя. Наибопее близким по текнической су ности к прецпагаемому является пьезо метрическое устройство, соцержащее операционный -усигайтель, пьезоэпемент с двумя центральными электроцами, owiH 153 которых включен на инвертирую щий вкоц операщ онного усигштепя Сз . - Нецостатком такого устройства яв пяется большая погрешность измерения яccпeцye fь x вегпгчин, обусповпенная укоцом нулевого напряжения на выкоце уситштепя вспецствие конечной величи ны сопротивления изоляции ньезоэпектри ческого цатчиш и нашгчия паразитных ЭДС {в частности, термо-ЭДС) в цепи соединения цатчика с усипктепем. Дансе при постоянном значении сопротивления Яиз зопяции пьезоэпектри- ческого цатчика и постоянном напряжении Efi эквивапентного паразитного источника ЭДС, поцкпюченного послецо вательно с цатчиком, нулевое выхоцное напрянсение Ugj, {t) усипитепя непреры но изменяется, нарастая во времени по линейному закону {t) Цепь изобретения - повышение точности за счет уменьшения токов заряца пьезоэлемента и увеличения поо тоянной времени саморазряда. Поставленная цепь достигается тем, что в пьезометрическом устройстве, соцержащем операционный усилитель, пыэзоэлемент с двумя центральными эпе роцами, один из которых включен на инвертирующий вход операшюнного уснли теня, усалитепь выполнен с эпектрометр ческ11М пхоань м 1шскацом, а пьезоэлеме снабжен цопопнитепьным эпектроцом, ра попо)кенн1 м между двумя центральными эпоктроцамИя при этом цопогшителыпзтй эпектроц заземлен, а второй центральный электрод поцкпючея к выходу усили теля. 32 Не. чертел е прецставпена функ1шонапьная схема устройства. Устройство содержит операционный усилитель 1, в цепи обратной связи которого включены ключ 2 и трехэлектроц- ный пьезоэлемент 3. Поспецний имеет первый центральный эпектроц 4, поцкшо- ченный экранированным кабелем о к инвертирующему вхоау 6 усипитепя 1, второй центральный протиповопожно лежащий электрод 7 (т. е. расположенный на противоположной грани пьезоппастинт О и подключенный к выходу 8 операционно го усилителя, а также цополнитепьный периферийный эпектроц 9,, поцключенный к общей шине 1О усилителя, корпуса цатчика и источника питания (не показан). Периферийный эпектроц 9 окружает оцин из центральных электродов (в цанном случае эпектроц 4) со всех сторон с обеспечением гарантированного зазора. Другой (неинвертирующий) вхоц операционного усигаитепя 1 соединен с общей шиной 1О. Выход 8 операционного усипи- тепя является выходом всего- пьезоэпект рического устройства. Операционный усилитель 1 в предпочтительном варианте испопшения имеет электрометрический входной каскад (хотя бы на инвертирующем входе усилителя) и коэффи1шент усиланиЕи по напряжению не менее- нескольких десятков тысяч. Устройство-работает следующим образом. В исходном положении ключ 2 замкнут и на выходе 8 имеет место отрегулированный начальный уровень напряжения, практически равный нулю. Перед начапом эксперимента ключ 2 размыкается, а выхоцное напряжение ; операционного усилителя 1 продолжает сохраняться на исходном нулевом уровне. В случае, еспи во внешней цепи пьезоэпемента (цепи подключения центральных электродов 4 и 7 к зажимам 6 и 8 усипитепя 1) возникает источник паразитной ЭДС ), что напряжение на выходе 8 получает приращение, в любой текущей момент времени не превыща1ощее величины- Е п г. е. ВЫХ(-ЕП(Ь (2) f Соотношение(2) вытекает из того, что напряжение U ( t) на инвертирующем входе 6 усипитепя определяется суммой возникшего в момент времени -t напряжения Е,f ( ) и выходного напряжения Ущ ( t), полностью передающегося на инвертирующий вход 6 операционного усипитепя по цепи обратной связи, т. е. через емкость пьезоэпемента 3. При этом U(t)-En(t).UB,,(t). (3) С цругой стороны, выходное напряжение усипитепя 1 есть усипенное в (-К) раз напряжение Ц (t) , т. е. (l) -KU(t) . (4| Поцставляя соотношение (3) в (4), попучаем. ))выхо1 Отсюца/.. п( вых/ --КТГ-«-ЕП(Ь (6) Поспеаняя часть равенства (6) имеет место при К 7 1, что всегца выполняется цпя тобого операционного усипитепя. Вспец расмотренной прецваритепьной стацией эксперимента происхоцит вкпючение исспедуемого объекта и поц действие измеряемой сипы пьезоэпемент 3 вырабатывает эпектрический заряд, приводящий к пропорционапьному приращению напряжения на выходе 8, которое регистрируется оконечным прибором (не показан). При неизменном значении повторяемой сипы выходное напряжение устройст ва сохраняется на новом уровне практически неизмененным в течетше нескот ких минут. Обеспечение посто5 нства выходного напряжения, соответствующего измеряэ- мой сипе, достигнуто в прецпагаемом устройстве благодаря тому, что эффекти ная постоянная времени саморазряда емкости пьезоэлемента 3 увеличена в О,5 t(K « 1) раз по сравнению с испопьзовен нием авухэпектроцного пьезоэпемента, подключенного между выходом и инвертирующим входом операционного усипитепя 1.Тем самым снимается основной источник погрешности измерения квазиотатической сипы и других цпитепьно протекающих процессов при использовании пьезоэлектрических датчиков. Повыше ние точности измерения дгттепьно прот кающих процессов (до 10 мин) позволяет осуществить также статическую градуировку пьезоэлектрического датчика и всего измернтепьного тракта, что является несомненным преимуществом даже цля измерительных систем, предназначенных для исследования динамических и кратковременных импульсных процессов.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТ:. РОЙСТВО, содержащее (шераннонный . усипитепь, пьезоэпемент с цвумя цент & Орапьными эпектроцами, один из которых включен на инвертирующий вхоц операционного усипитепя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности .- за счет уменьшения токов утечки заряца пьезоэлемента в увеличения постоянной времени самозаряаа, усипитепь выпоггаен с электрометрическим, вхоцным каскадом, а пьезоэлемент сна& жен дополнительным электроном, расположенным межцу двумя центральными электродами, при этом дополнительный электрод заземлен, а центральный , электрод подключен к выходу усилитепя. сд ю 00 со САд